BR112017018253B1

BR112017018253B1 - METHOD FOR THE MANUFACTURING OF AT LEAST ONE TURBO MACHINE PART AND ASSEMBLY FOR ONE TURBO MACHINE PART

Info

Publication number: BR112017018253B1
Application number: BR112017018253-0A
Authority: BR
Inventors: Guillaume Martin; Céline Jeanne Marcillaud; Marie Mineur-Panigeon
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2021-06-29
Also published as: US10760153B2; RU2712203C2; CA2978024A1; RU2017131111A; CN107405681B; BR112017018253A2; JP2018515342A; US20180112300A1; FR3033508B1; FR3033508A1; CN107405681A; WO2016142611A1; CA2978024C; EP3268150B1; EP3268150A1; RU2017131111A3; JP6871860B2

Abstract

método para a fabricação de pelo menos uma peça de metal de turbo máquina e conjunto para uma peça de turbo máquina. a presente invenção relaciona-se com a fabricação de uma peça de metal de turbo máquina (19a, 19b), que compreende as etapas que consistem em: (a) fundir um composto intermetálico de titânio-alumínio por tocha de plasma em um molde em anel, (b) extrair de lá um lingote, como fundido, em um estado resfriado de fundido, (c) cortar o lingote em pelo menos um material em conformação (21) com uma forma externa que seja mais simples do que a mais complexa da dita peça (19a, 19b) a ser fabricada, (d) usinar o material em conformação (21), a fim de obter a parte com a dita forma externa mais complexa.method for manufacturing at least one turbo engine metal part and assembly for one turbo engine part. The present invention relates to the fabrication of a metal turbo machine part (19a, 19b), which comprises the steps consisting of: (a) melting a titanium-aluminum intermetallic compound by plasma torch in a mold in ring, (b) extracting from there an ingot, as cast, in a cooled molten state, (c) cutting the ingot into at least one conforming material (21) with an external shape that is simpler than the more complex of said part (19a, 19b) to be manufactured, (d) machine the material in conformation (21) in order to obtain the part with said more complex external shape.

Description

FIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção relaciona-se a um método para a fabricação de peças de metal de turbo máquinas, e em particular, lâminas de roda de turbina móveis de um motor turbojato ou motor turbopropulsor de aeronave.[001] The present invention relates to a method for manufacturing metal parts of turbo machines, and in particular, mobile turbine wheel blades of a turbojet engine or aircraft turboprop engine.

[002] Relaciona-se a uma liga com compostos intermetálicos de titânio-alumínio. TiAl 48-2-2 é especificamente relacionado.[002] Relates to an alloy with titanium-aluminium intermetallic compounds. TiAl 48-2-2 is specifically related.

[003] Também se refere a um conjunto que compreende um material em conformação (blank) para uma peça de turbo máquina feita a partir de uma liga com base em TiAl e uma peça usinada resultante da usinagem deste material em conformação.[003] It also refers to an assembly that comprises a conforming material (blank) for a turbo machine part made from an alloy based on TiAl and a machined part resulting from the machining of this material in conformation.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[004] Uma liga forma um composto intermetálico com determinadas composições químicas e sob certas condições de pressão e temperatura. Ao contrário de uma liga convencional, onde átomos de naturezas diferentes podem ser distribuídos aleatoriamente no mesmo local cristalográfico, um composto intermetálico consiste em uma alternância periódica de átomos. Assim, quando uma malha elementar é observada, uma estrutura cristalina pode ser notada.[004] An alloy forms an intermetallic compound with certain chemical compositions and under certain conditions of pressure and temperature. Unlike a conventional alloy, where atoms of different natures can be randomly distributed in the same crystallographic location, an intermetallic compound consists of a periodic alternation of atoms. Thus, when an elementary mesh is observed, a crystalline structure can be noticed.

[005] A formação por fundação (fundição) de uma peça feita a partir de liga intermetálica de titânio-alumínio é extremamente difícil no presente momento e não faz com que seja possível fundir espessuras suficientemente finas para produzir, através de fundação (fundição), peças com regiões fundidas acabadas.[005] The formation by foundation (casting) of a part made from intermetallic titanium-aluminum alloy is extremely difficult at the present time and does not make it possible to cast thicknesses thin enough to produce, through foundation (casting), parts with finished cast regions.

[006] O gerenciamento para usinar de forma eficiente uma peça feita pela fundação (fundição) é, além disso, difícil.[006] The management to efficiently machine a part made by the foundation (casting) is, moreover, difficult.

[007] Duas categorias de problemas resultam delas: - os relacionados com a fundação (fundição), - os relacionados com a usinagem, - o conjunto a ser considerado em um contexto econômico.[007] Two categories of problems result from them: - those related to the foundation (foundry), - those related to machining, - the set to be considered in an economic context.

[008] Nas anterioridades, existem, em particular, as seguintes soluções: (1) uma solução que fornece a obtenção de uma forma bruta muito grossa pela fundação (fundição) por cera perdida e, em seguida, usinagem desta forma bruta, a fim de obter a peça final, tal como uma lâmina, (2) uma solução que consiste na fundição de um material em conformação para a forma quase final da peça (referida como “forma próxima ao acabado” (“near net shape”)), depois permitindo a usinagem que é certamente mínima (com pouca perda de material) da peça final, mas que permanece necessária, (3) e uma solução através da fundação (fundição) em um molde permanente por centrifugação, onde é possível fornecer a fabricação de uma pluralidade de peças de turbo máquinas, seguindo as seguintes etapas: - a) despejar o material metálico em um molde de fundição por centrifugação, - b) extrair do mesmo um material em conformação de forma alongada, de preferência substancialmente cilíndrico ou poliédrico e/ou com uma seção transversal circular ou poligonal, e - c) usinar o material em conformação até que a forma final da peça seja obtida.[008] In the foregoing, there are, in particular, the following solutions: (1) a solution that provides for obtaining a very coarse rough form by foundation (casting) by lost wax and then machining this rough form in order to obtain the final piece, such as a blade, (2) a solution consisting of casting a material into the near-final shape of the piece (referred to as "near net shape"), then allowing the machining that is certainly minimal (with little loss of material) of the final part, but which remains necessary, (3) and a solution through the foundation (casting) in a permanent mold by centrifugation, where it is possible to provide the fabrication of a plurality of turbo machine parts, following the steps: - a) pouring the metallic material into a centrifugal casting mold, - b) extracting from it an elongated shaped material, preferably substantially cylindrical or polyhedral and/ or with a section circular or polygonal transverse, and - c) machine the material into conformation until the final shape of the part is obtained.

[009] Soluções através de forjamento também existem, mas são complicadas de implementar por causa da fragilidade das ligas de TiAl.[009] Forging solutions also exist, but they are complicated to implement because of the fragility of TiAl alloys.

[010] Um inconveniente da fundação (fundição) para as peças com base em TiAl é a solidificação muito rápida do material fundido.[010] A disadvantage of the foundation (casting) for parts based on TiAl is the very fast solidification of the cast material.

[011] O resultado disso é um alto risco de porosidade das peças, uma falha de obtenção de enchimento adequado dos moldes e, portanto, uma finalização complicada da forma externa da forma bruta conforme fundida (material em conformação).[011] The result of this is a high risk of porosity of the parts, a failure to obtain adequate filling of the molds and therefore a complicated finalization of the external form of the raw form as cast (material in conformation).

[012] Além disso, uma compressão isostática a quente (HIC) é em seguida, geralmente necessária, a fim de fechar todas as porosidades, implicando em um custo significativo. Além disso, este tratamento nem sempre é suficiente, em particular, se as porosidades da forma bruta estão se abrindo.[012] Furthermore, a hot isostatic compression (HIC) is then generally required in order to close all the porosities, implying a significant cost. Furthermore, this treatment is not always sufficient, particularly if the porosities of the raw form are opening up.

[013] Como inconvenientes da fundação (fundição) por perda de cera (molde não permanente), os seguintes podem ser anotados: - o uso necessário de materiais raros para a casca de molde (tal como ítrio), com custos e problemas de fornecimento, - o risco de enfraquecimento das peças através da formação de inclusões: ambos provenientes da reatividade do molde/ casca (específicos para TiAl, uma vez que são muito reativos) e aqueles provenientes de restos de casca que caem nos moldes (específicos para o processo de cera perdida) - o desenvolvimento muito específico da casca, com tipicamente um compromisso de ser encontrado entre a resistência à força de centrifugação e a friabilidade da casca para facilitar a remoção do molde, - o uso de instalações específicas para a fundição por centrifugação.[013] As inconveniences of the foundation (casting) due to loss of wax (non-permanent mold), the following can be noted: - the necessary use of rare materials for the mold shell (such as yttrium), with costs and supply problems , - the risk of weakening the parts through the formation of inclusions: both from the mold/shell reactivity (specific for TiAl, as they are very reactive) and those from shell remains that fall into the molds (specific for the process of lost wax) - the very specific development of the shell, with typically a compromise to be found between resistance to centrifugal force and the friability of the shell to facilitate mold removal, - the use of specific facilities for centrifugal casting.

[014] Outros pontos também podem ser mencionados: - Desvantagens da solução (1): durante o tratamento térmico que consiste em compressão isostática a quente (HIC), a qual esta solução requer, tensões residuais são armazenadas na peça. Deformações imprevisíveis são muitas vezes descobertas na usinagem; - Desvantagens da solução (2): a espessura em excesso suficiente de material não está disponível na forma bruta conforme fundida (material em conformação), a fim de evitar uma falta de material na peça finalizada, se o material em conformação é ligeiramente deformado e é procurado para usinar esta parte de forma automatizada. Existe também o risco de não conformidade com as dimensões da peça final; e - Desvantagens da solução (3): uma aplicação demorada antes de terminar (em especial se for um caso de uma lâmina) com um sistema de molde + peça otimizado que não leve a encolhimentos de tamanho excessivo, nem a uma heterogeneidade química e macroestrutural do material em conformação devido à solidificação.[014] Other points can also be mentioned: - Disadvantages of the solution (1): during the heat treatment that consists of hot isostatic compression (HIC), which this solution requires, residual stresses are stored in the part. Unpredictable deformations are often discovered in machining; - Disadvantages of the solution (2): sufficient excess thickness of material is not available in the as-cast raw form (forming material), in order to avoid a lack of material in the finished part, if the forming material is slightly deformed and is wanted to machine this part in an automated way. There is also a risk of non-compliance with the dimensions of the final piece; and - Disadvantages of the solution (3): a time-consuming application before finishing (especially if it is a case of a blade) with an optimized mold + part system that does not lead to excessive size shrinkage or chemical and macrostructural heterogeneity of the conforming material due to solidification.

DESCRIPTION OF THE INVENTION

[015] Um objetivo da invenção é evitar ou limitar muitos dos problemas mencionados acima.[015] An object of the invention is to avoid or limit many of the problems mentioned above.

[016] Uma solução para estes é um método para a fabricação de pelo menos uma peça de metal de turbo máquina, compreendendo as etapas que consistem em: (a) manter uma liga intermetálica de TiAl (Titânio-Alumínio) fundida por tocha de plasma em um molde retrátil-inferior (ou em um molde em anel), (b) extrair de lá um lingote, como fundido, em um estado resfriado de fundido, (c) cortar o lingote em pelo menos um material em conformação com uma forma externa que seja mais simples do que a mais complexa da peça a ser fabricada, (d) e usinar o material em conformação, a fim de obter a parte com a dita forma externa mais complexa.[016] A solution to these is a method for the fabrication of at least one piece of turbo machine metal, comprising the steps consisting of: (a) maintaining a plasma torch-fused TiAl (Titanium-Aluminium) intermetallic alloy in a lower-retractable mold (or in a ring mold), (b) extract an ingot therefrom, as cast, in a cooled molten state, (c) cut the ingot into at least one material conforming to a shape that is simpler than the more complex part of the part to be manufactured, (d) and machine the material into shape in order to obtain the part with said more complex external shape.

[017] O termo “material em conformação” deve ser compreendido aqui em um sentido razoavelmente amplo. Este designa um produto que não está finalizado mas a forma geral deste corresponde essencialmente à aparência da peça terminada. Isto significa que um material em conformação para uma peça como mencionada acima é um produto metálico do tipo acima mencionado. Isto exclui nem a adaptação subsequente da forma deste material em conformação, por exemplo, por usinagem, nem a modificação desta aparência geral, por exemplo, curvando, dobrando ou qualquer outra deformação plástica. Deve-se compreender que um “material em conformação” de um produto do tipo acima mencionado é uma peça deste tipo que pode ser submetida a vários tratamentos de modelagem, de usinagem ou de superfície, a fim de dar origem a um produto acabado.[017] The term “conforming material” should be understood here in a reasonably broad sense. This designates a product that is not finished but its general shape essentially corresponds to the appearance of the finished piece. This means that a conforming material for a part as mentioned above is a metallic product of the above mentioned type. This excludes neither the subsequent adaptation of the shape of this material into conformation, for example, by machining, nor the modification of this general appearance, for example, by bending, bending or any other plastic deformation. It should be understood that a “forming material” of a product of the above-mentioned type is a part of this type that can be subjected to various shaping, machining or surface treatments in order to give rise to a finished product.

[018] Para completar a solução acima referida, recomenda-se que: - na etapa (c), o material em conformação cortado, a partir do qual a peça da etapa (d) deve ser usinada, deverá ter um volume externo e/ou massa determinados (A1), - na etapa (d), a peça usinada deve ter um volume externo e/ou massa determinados (A2), e - a razão A2/A1 deve ser superior a 0,95.[018] To complete the above solution, it is recommended that: - in step (c), the cut shaped material, from which the part of step (d) is to be machined, must have an external volume and/ or determined mass (A1), - in step (d), the machined part must have a determined external volume and/or mass (A2), and - the A2/A1 ratio must be greater than 0.95.

[019] Um objetivo procurado é uma usinagem destinada a redução de perdas de material. Neste contexto, e em um contexto mais geral de economia de material, recomenda-se, além disso, que: - na etapa (c), todos os materiais em conformação cortados devem representar mais de 95% do volume externo e/ou da massa do lingote extraído, e/ou - na etapa (b), deve ser obtido um lingote substancialmente cilíndrico ou poliédrico.[019] A sought-after objective is a machining aimed at reducing material losses. In this context, and in a more general context of material saving, it is also recommended that: - in step (c), all cut shaped materials must represent more than 95% of the external volume and/or mass of the ingot extracted, and/or - in step (b), a substantially cylindrical or polyhedral ingot is to be obtained.

[020] Tipicamente, os “moldes em anel” mencionados acima são referidos como fornalhas PAM (fusão de arco de plasma). Estas fornalhas PAM são normalmente, no estado da técnica, usadas para fundir material para refusão, ou seja, após fundir o material na fornalha PAM, este material se solidifica, e é então refundido para ser fundido. As barras de fundição, ou lingotes, então têm diâmetros muito grandes (especialmente > 200 mm).[020] Typically, the “ring molds” mentioned above are referred to as PAM (Plasma Arc Fusion) furnaces. These PAM furnaces are normally, in the prior art, used to melt material for remelting, that is, after melting the material in the PAM furnace, this material solidifies, and is then remelted to be melted. Casting bars, or ingots, then have very large diameters (especially > 200 mm).

[021] No entanto, a fim de cumprir as exigências de uma barra PAM bruta ou lingote, para ser usada com vista na usinagem direta, tem parecido útil mudar o método de PAM, a fim de torná-lo mais robusto e melhor em uma posição para produzir lingotes sem defeitos.[021] However, in order to meet the requirements of a rough PAM bar or ingot, to be used with a view to direct machining, it has seemed useful to change the PAM method in order to make it more robust and better in a position to produce flawless ingots.

[022] Em vista disto, é aqui proposto fundir lingotes PAM de diâmetros menores, onde os fenômenos que dão origem a defeitos são mais facilmente controláveis.[022] In view of this, it is proposed here to cast PAM ingots of smaller diameters, where the phenomena that give rise to defects are more easily controllable.

[023] Assim, é na prática aconselhável que, na etapa (b), o lingote extraído deve ter um diâmetro inferior ou igual a 200 mm ou uma seção transversal inferior a aproximadamente 32 x 103 mm2 dentro do intervalo de 5%.[023] Thus, it is in practice advisable that, in step (b), the ingot extracted should have a diameter less than or equal to 200 mm or a cross section less than approximately 32 x 103 mm2 within the 5% range.

[024] Aplicando a referida produção PAM, em particular, a tais pequenos diâmetros de lingotes permitirá evitar o encolhimento e segregações químicas que são as duas principais dificuldades técnicas na fundição em um molde permanente por centrifugação, com a solidificação que irá ocorrer sequencialmente em um pequeno volume, o qual será referido como poços de solidificação.[024] Applying said PAM production, in particular, to such small ingot diameters will allow to avoid shrinkage and chemical segregation which are the two main technical difficulties in casting in a permanent mold by centrifugation, with the solidification that will occur sequentially in a small volume, which will be referred to as solidification wells.

[025] Ao usar esse método PAM, será então possível obter produtos semiacabados com porosidade muito pequena e muito homogêneos.[025] By using this PAM method, it will then be possible to obtain semi-finished products with very small porosity and very homogeneous.

[026] Além disso, ao proceder com um tratamento térmico em uma ou mais operações, como recomendado abaixo, a obtenção da microestrutura desejada e propriedades mecânicas serão ainda mais encorajadas.[026] Furthermore, by proceeding with a heat treatment in one or more operations, as recommended below, obtaining the desired microstructure and mechanical properties will be even more encouraged.

[027] Este tratamento, aplicado a priori ao material em conformação, compreenderá de forma favorável: - um tratamento térmico para obter uma microestrutura duplex que consiste em grãos gama e grãos lamelares (alpha2/ gamma), - e/ou um tratamento térmico para a preparação de HIC (compactação isostática a quente) e, em seguida, HIC (a fim de fechar as porosidades).[027] This treatment, applied a priori to the shaping material, will favorably comprise: - a heat treatment to obtain a duplex microstructure consisting of gamma grains and lamellar grains (alpha2/gamma), - and/or a heat treatment for the preparation of HIC (hot isostatic compaction) and then HIC (in order to close the porosities).

[028] Como uma alternativa ou além disso, é entretanto fornecida para o tratamento pós-PAM, em um material em conformação que consiste em uma liga de TiAl com grãos gama que têm tipicamente uma composição que contém entre aproximadamente (dentro do intervalo de 5%) 47 e 49 por cento de alumínio (em %), para ser o seguinte: - tratamento térmico por aquecimento a uma temperatura de aproximadamente (dentro do intervalo de 5%) 1038 °C a 1149 °C, por um período de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 horas, o material próximo, opcionalmente, passando por compressão isostática a quente (HIC) a uma temperatura entre 1185 °C e 1204 °C, - em seguida, um outro tratamento térmico a uma temperatura entre aproximadamente 1018 °C e 1204 °C (ainda dentro do intervalo de 5%), sem HIC.[028] As an alternative or in addition, it is however provided for post-PAM treatment, in a shaped material consisting of a TiAl alloy with gamma grains that typically have a composition that contains between approximately (within the range of 5 %) 47 and 49 percent aluminum (in %), to be as follows: - heat treatment by heating at a temperature of approximately (within the 5% range) 1038 °C to 1149 °C, for a period of approximately 5 to approximately 50 hours, the nearby material optionally undergoing hot isostatic compression (HIC) at a temperature between 1185 °C and 1204 °C, - then another heat treatment at a temperature between approximately 1018 °C and 1204 °C (still within the 5% range), no HIC.

[029] Se a etapa de fundição e a etapa de obtenção do lingote forem executadas corretamente poderia ser desnecessário aplicar pressão durante a segunda etapa de tratamento térmico acima mencionada.[029] If the casting step and the ingot obtaining step are carried out correctly it could be unnecessary to apply pressure during the second heat treatment step mentioned above.

[030] No contexto global acima, prevê-se que as faixas que compreendem a fabricação de barras ou lingotes com vista à usinagem direta, após o corte em um material em conformação ou materiais em conformação de forma simples durante a etapa (c), deve ser projetado de modo a cumprir com os requisitos das peças finais, uma vez que são, neste caso, diretamente transferidos sobre os materiais em conformação. Os principais requisitos são: - homogeneidade química, que garante a homogeneidade microestrutural e mecânica após o tratamento térmico, - ausência de inclusão ou parte não fundida (parte do material original não fundida na fornalha PAM), - poucas porosidades nas barras de fundição conforme fundidas/ lingotes e com tamanhos inferiores a um milímetro, - praticamente nenhuma porosidade no material em conformação, depois de HIC (se esta compressão for realizada).[030] In the global context above, it is provided that the strips comprising the fabrication of bars or ingots with a view to direct machining, after cutting into a conforming material or conforming materials in a simple manner during step (c), it must be designed in such a way as to comply with the requirements of the final parts, since they are, in this case, directly transferred onto the conforming materials. The main requirements are: - chemical homogeneity, which guarantees microstructural and mechanical homogeneity after heat treatment, - absence of inclusion or uncast part (part of the original material not cast in the PAM furnace), - few porosities in casting bars as cast / ingots and with sizes less than one millimeter, - practically no porosity in the forming material, after HIC (if this compression is carried out).

[031] Sobre o conjunto já mencionado, incluindo: - um material em conformação de uma peça de turbo máquina feita a partir de um composto intermetálico de TiAl, obtido no final da fusão por tocha de plasma, e - uma peça usinada que emana da usinagem de um material em conformação, é feito um fornecimento para que o material em conformação tenha um volume externo determinado e/ou massa (A1), e a parte usinada com um volume externo e/ou massa determinados (A2), sendo a razão A2/A1 maior do que 0,95 e menor do que 1.[031] About the set already mentioned, including: - a material in conformation of a turbo machine part made from an intermetallic compound of TiAl, obtained at the end of the plasma torch fusion, and - a machined part that emanates from the machining of a shaped material, a supply is made so that the shaped material has a determined external volume and/or mass (A1), and the machined part with a determined external volume and/or mass (A2), being the ratio A2/A1 greater than 0.95 and less than 1.

[032] Em correlação com o exposto acima, este conjunto será favorável de tal modo que o material em conformação terá um diâmetro inferior ou igual a 200 mm, de preferência 120 mm, e um comprimento inferior a 300 mm, preferencialmente entre 220 mm e 240 mm.[032] In correlation with the above, this set will be favorable in such a way that the shaped material will have a diameter less than or equal to 200 mm, preferably 120 mm, and a length less than 300 mm, preferably between 220 mm and 240 mm.

[033] Isto ajudará uma economia no material, particularmente no contexto de fabricação de uma lâmina.[033] This will help save material, particularly in the context of making a blade.

[034] Antes da etapa acima referida (a) de manutenção da liga fundida, será possível fornecer uma série de tochas de plasma para fundir o composto intermetálico e para mantê-lo fundido.[034] Before the above-mentioned step (a) of maintenance of the molten alloy, it will be possible to provide a series of plasma torches to melt the intermetallic compound and to keep it molten.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[035] Outras vantagens e características da invenção também emergirão de uma leitura da seguinte descrição dada por meio de exemplo não limitativo e com referência aos desenhos que a acompanham, onde as figuras 1 e 2 são dimensionalmente precisas e correspondem à realidade industrial, como desenhos dimensionados, e em que: - a Figura 1 mostra esquematicamente uma fornalha de fusão PAM a partir da qual um lingote é extraído, - a Figura 2 é uma visão esquemática em perspectiva de um bloco de material, ou um material em conformação, saído a partir de um corte bruto do lingote extraído, - e a Figura 3 é uma tabela que apresenta e compara estes casos de fabricação de uma peça metálica de acordo com os mencionados acima, destinados a uma turbo máquina, em particular uma lâmina de roda de turbina móvel de um motor turbojato de aeronave ou motor turbopropulsor.[035] Other advantages and characteristics of the invention will also emerge from a reading of the following description given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, where figures 1 and 2 are dimensionally accurate and correspond to industrial reality, such as drawings dimensioned, and in which: - Figure 1 schematically shows a PAM melting furnace from which an ingot is extracted, - Figure 2 is a schematic perspective view of a block of material, or a shaped material, exited at from a rough cut of the extracted ingot, - and Figure 3 is a table that presents and compares these cases of fabrication of a metal part according to those mentioned above, intended for a turbo machine, in particular a turbine wheel blade engine of an aircraft turbojet engine or turboprop engine.

DESCRIPTION OF ACHIEVEMENTS OF THE INVENTION

[036] Na coluna da esquerda na Figura 3, as etapas são listadas envolvendo refusão, com molde de cera perdida (molde temporário), de um lingote bruto que resulta da fusão (diferente de PAM), na etapa inicial.[036] In the left column in Figure 3, the steps are listed involving remelting, with lost wax mold (temporary mold), of a raw ingot that results from the melting (other than PAM), in the initial step.

[037] Na coluna central as etapas que envolvem também a refusão estão listadas, com molde em um molde de centrifugação (molde permanente), de um lingote bruto que resulta da fusão (diferente de PAM), na etapa inicial.[037] In the central column the steps that also involve remelting are listed, with mold in a centrifugation mold (permanent mold), of a raw ingot that results from the fusion (other than PAM), in the initial step.

[038] E na coluna da direita as etapas da presente invenção são listadas sem moldagem ou refusão necessária, depois que um lingote bruto que resulta da fusão de PAM foi obtido na etapa inicial.[038] And in the right column the steps of the present invention are listed with no molding or remelting required, after a raw ingot resulting from the melting of PAM has been obtained in the initial step.

[039] Assim: - No estado da técnica da “fundição de cera perdida”, são realizadas sucessivamente as seguintes etapas: obtenção de um lingote bruto que resulta da fusão, e então da produção de modelos de cera, em seguida, o conjunto de um aglomerado de cera, depois, moldagem da casca, em seguida, levar a casca ao fogo, depois retirada da cera da casca e, em seguida, refusão do lingote - fundição do metal, então o molde é quebrado, depois corta-se o lingote refundido obtido em materiais em conformação, então tratamento por calor/ opcionalmente por HIC, depois verificação dimensional e usinagem; - no “molde permanente por centrifugação” do estado da técnica, as seguintes etapas são sucessivamente realizadas: obtenção de um lingote bruto resultante da fundição, depois refundição de um lingote - fundindo o metal em um molde permanente, depois corte do lingote refundido obtido de um material em conformação, e então tratamento térmico HIC e usinagem; - a “invenção” do estado da técnica, as seguintes etapas são sucessivamente realizadas: obtenção de um lingote bruto resultante da fusão de PAM, em seguida, corte do lingote refundido obtido de um material em conformação, e, então, tratamento térmico/ opcionalmente HIC e usinagem.[039] Thus: - In the state of the art of "lost wax casting", the following steps are carried out successively: obtaining a raw ingot that results from the melting, and then the production of wax models, then the set of an agglomerate of wax, then molding the shell, then putting the shell on fire, then removing the wax from the shell and then remelting the ingot - casting the metal, then the mold is broken, then cut the remelted ingot obtained from forming materials, then heat treatment/optionally by HIC, then dimensional verification and machining; - in the "permanent mold by centrifugation" of the prior art, the following steps are successively carried out: obtaining a raw ingot resulting from the casting, then remelting an ingot - casting the metal in a permanent mold, then cutting the remelted ingot obtained from a forming material, and then HIC heat treatment and machining; - the "invention" of the state of the art, the following steps are successively carried out: obtaining a raw ingot resulting from the fusion of PAM, then cutting the remelted ingot obtained from a shaped material, and then heat treatment / optionally HIC and machining.

[040] Por conseguinte, a solução do exemplo favorável na coluna da direita consiste em limitar a fabricação desta peça a quatro etapas que preveem: (a) inicialmente fundir um composto intermetálico de TiAl em um molde em anel (ou fornalha de PAM), com fundição por tocha de plasma, (b) extrair de lá um lingote conforme fundido, em um estado resfriado a partir do fundido, (c) cortar o lingote em pelo menos um material em conformação com uma forma externa mais simples do que a mais complexa da dita peça a ser fabricada, (d) usinar o material em conformação, a fim de obter a parte com a dita forma externa mais complexa.[040] Therefore, the solution of the favorable example in the right column consists in limiting the fabrication of this part to four steps that foresee: (a) initially melting a TiAl intermetallic compound in a ring mold (or PAM furnace), with plasma torch casting, (b) extracting from there an ingot as molten, in a cooled state from the melt, (c) cutting the ingot into at least one material conforming to a simpler external shape than the most complex of said part to be manufactured, (d) machining the material into conformation in order to obtain the part with said more complex external shape.

[041] Como mostrado esquematicamente na Figura 1, a fusão PAM (1) é aqui realizada com um material (3) que é TiAl, neste caso 48-2-2 TiAl, portanto, compreendendo 48% de Al, 2% de Cr, 2% de Nb, (em %). Esta matéria-prima é introduzida por meio de um canal largo (5) onde o material é derramado, como mostrado na Figura 1. Uma série de tochas de plasma (7) fundem o metal fornecido e, em seguida, o mantêm fundido. Há pelo menos uma dessas tochas acima de cada recipiente ou receptáculo (9) e forja de refinamento (11a) e, em seguida, (11b), com a sua viga, tal como (8) dirigida para o metal no recipiente ou forja. A circulação (ver setas) do banho metálico é feita de recipiente a recipiente. O fluxo do material e a agitação do líquido possibilitam a prevenção de problemas de segregação e a presença de qualquer inclusão de metais pesados (inclusão de alta densidade - HDI), estes problemas que são bem conhecidos na tecnologia convencional de um VAR (refusão de arco a vácuo) em fornalha de refusão de arco. É assim possível considerar uma única fusão, visto que pelo método de VAR dois ou mesmo três fusões sucessivas (referidas como refusões) são necessárias. A técnica PAM também possibilita limitar o aparecimento de inclusões de fase alfa (inclusão de fase dura - HPI).[041] As shown schematically in Figure 1, the PAM fusion (1) is here performed with a material (3) that is TiAl, in this case 48-2-2 TiAl, therefore comprising 48% Al, 2% Cr 2% Nb, (in %). This raw material is introduced through a wide channel (5) where the material is poured, as shown in Figure 1. A series of plasma torches (7) melt the supplied metal and then hold it molten. There is at least one such torch above each vessel or receptacle (9) and refinement forge (11a) and then (11b), with its beam such as (8) directed towards the metal in the vessel or forge. The circulation (see arrows) of the metal bath is made from container to container. Material flow and liquid agitation make it possible to prevent segregation problems and the presence of any heavy metal inclusions (high density inclusion - HDI), these problems which are well known in conventional VAR (arc reflow) technology vacuum) in an arc reflow furnace. It is thus possible to consider a single merger, since by the VAR method two or even three successive mergers (referred to as refusions) are required. The PAM technique also makes it possible to limit the appearance of alpha-phase inclusions (hard phase inclusion - HPI).

[042] Uma última tocha de plasma (70), colocada acima de um molde final ou recipiente, mantém o topo do banho chegando dos tanques (11a) e, em seguida, (11b) fundido nele. Este recipiente final está na forma de um molde em anel (13). O molde em anel (13) compreende um fundo (13a) que é retrátil ou móvel, por exemplo axialmente, aqui com movimento vertical controlado. O molde em anel (13) é frio, normalmente resfriado a partir de fora, por exemplo, com água, através de meios de resfriamento (15). Sob sua abertura inferior (13b) e daqui para baixo do fundo móvel (13a), o fundo do banho flui, por gravidade ou outro, então suficientemente frio para dar forma a um lingote (17), conforme fundido, neste estado resfriado do fundido. O molde em anel (13) pode ser feito de cobre.[042] A final plasma torch (70), placed above a final mold or container, holds the top of the bath coming up from the tanks (11a) and then (11b) fused into it. This final container is in the form of a ring mold (13). The ring mold (13) comprises a bottom (13a) which is retractable or movable, for example axially, here with controlled vertical movement. The ring mold (13) is cold, normally cooled from outside, eg with water, through cooling means (15). Under its lower opening (13b) and hence below the movable bottom (13a), the bottom of the bath flows, by gravity or otherwise, then sufficiently cold to form an ingot (17), as cast, in this cooled state of the melt. . The ring mold (13) can be made of copper.

[043] Usando os vários recipientes (9), várias forjas de refinamento, como aqui (11a), (11b), e então o molde em anel (13), com tochas de plasma (7), (70) também múltiplos e colocados acima de cada um destes receptáculos, a viagem do material será otimizada, de modo a fundí-la completamente e mantê-la nele em uma temperatura substancialmente homogênea. A redução do número de inclusões ou de partes não fundidas também será possível usando, como ilustrado, uma pluralidade de tanques de descarga. Para garantir uma qualidade ainda maior, também será possível fazer provisões para a realização de fusões sucessivas do material.[043] Using the various containers (9), various refinement forges, as here (11a), (11b), and then the ring mold (13), with plasma torches (7), (70) also multiples and placed above each of these receptacles, the material's travel will be optimized so as to melt it completely and keep it in it at a substantially homogeneous temperature. Reducing the number of inclusions or uncast parts will also be possible using, as illustrated, a plurality of discharge tanks. To ensure even higher quality, it will also be possible to make provisions for successive fusions of the material.

[044] Tipicamente, o lingote (17) obtido será substancialmente cilíndrico ou poliédrico.[044] Typically, the ingot (17) obtained will be substantially cylindrical or polyhedral.

[045] A fim de ajudar a conformidade com os requisitos de uma barra ou lingote (17) destinados à usinagem direta, e, portanto, sem qualquer moldagem intermediária, nem as desvantagens convencionais de perda de cera de fundação (fundição) (defeitos resultantes de interações com o molde, que é tipicamente feita a partir de cerâmica), ou outros defeitos característicos da produção por fundição em moldes permanentes por centrifugação (encolhimento central e macro segregação química, em particular), é aqui proposto fundir lingotes de pequenos tamanhos, em particular, de modo que cada lingote (17) extraído tenha uma dimensão transversal d (diâmetro ou largura para uma seção transversal quadrada) inferior ou igual a 200 mm, e de preferência 120 mm, ou, na seção transversal, inferior a aproximadamente 32 x 103 mm2 e 12 x 103 mm2 dentro do intervalo de 5%, respectivamente.[045] In order to help compliance with the requirements of a bar or ingot (17) intended for direct machining, and therefore without any intermediate molding, nor the conventional disadvantages of loss of foundation wax (casting) (resulting defects from interactions with the mold, which is typically made from ceramic), or other defects characteristic of casting in permanent molds by centrifugation (central shrinkage and chemical macro segregation, in particular), it is proposed here to cast ingots of small sizes, in particular, so that each ingot (17) extracted has a transverse dimension d (diameter or width for a square cross section) less than or equal to 200 mm, and preferably 120 mm, or, in cross section, less than approximately 32 x 103 mm2 and 12 x 103 mm2 within the 5% range, respectively.

[046] É a seguir, a partir de um lingote conforme fundido que um e, preferencialmente, uma pluralidade de materiais em conformação (21) serão diretamente cortados (por ferramentas básicas), cada um com uma forma simples, em particular, mais uma vez substancialmente cilíndrica ou poliédrica e, em qualquer caso, com uma forma externa mais simples do que a mais complexa de cada uma das ditas peças a serem fabricadas. O resultado da usinagem de cada material em conformação, tal como as duas lâminas (19a), (19b) que podem ser vistas pela transparência no material em conformação (21) da Figura 2, visando uma utilização máxima do material.[046] It is next, from a shaped ingot that one and preferably a plurality of shaped materials (21) will be directly cut (by basic tools), each with a simple shape, in particular, plus one instead substantially cylindrical or polyhedral and, in any case, with a simpler external shape than the more complex of each of the said parts to be manufactured. The result of the machining of each material in conformation, such as the two blades (19a), (19b) that can be seen by the transparency in the material in conformation (21) of Figure 2, aiming at maximum use of the material.

[047] Este objetivo e uma busca por otimização dos processos de fabricação em especial das lâminas de turbinas, com encurtamento dos tempos de ciclo, levaram, além disso, a preferir: - que cada material em conformação (21) que resulta do lingote (17) deve ter um comprimento L2 inferior a 300 mm, preferencialmente entre 220 mm e 240 mm, e uma seção transversal S (perpendicular ao seu comprimento L2) de menos de 12 x 103 mm2 dentro do intervalo de 5% (ou seja, 1,2 dm2), - que na etapa (c), todos os materiais em conformação cortados (21) representam mais de 95% do volume externo e/ou da massa do lingote (17) extraído, e/ou: - que na etapa (c) o material em conformação cortado (21); isto é, portanto, o bloco a partir do qual a peça da etapa (d) (lâmina tal como (19a) ou (19b)) deve ser usinado, devem ter um volume externo e/ou massa determinados, referidos como (A1), - que nesta etapa (d) a peça usinada (19a) ou (19b) deve ter um volume externo e/ou massa determinados, referidos como (A2), e - que a razão A2/A1 é superior a 0,95 e inferior a 1.[047] This objective and a search for optimization of manufacturing processes, in particular of turbine blades, with shortening of cycle times, led, in addition, to prefer: - that each material in conformation (21) that results from the ingot ( 17) must have a length L2 less than 300 mm, preferably between 220 mm and 240 mm, and a cross section S (perpendicular to its length L2) of less than 12 x 103 mm2 within the range of 5% (i.e., 1 .2 dm2), - that in step (c), all the cut shaped materials (21) represent more than 95% of the external volume and/or mass of the ingot (17) extracted, and/or: - that in step (c) the cut shaped material (21); that is, therefore, the block from which the part of step (d) (blade such as (19a) or (19b)) is to be machined must have a determined external volume and/or mass, referred to as (A1) , - that in this step (d) the machined part (19a) or (19b) must have a determined external volume and/or mass, referred to as (A2), and - that the A2/A1 ratio is greater than 0.95 and less than 1.

[048] A partir de uma leitura da tabela acima, além disso, terá sido claro que, entre a etapa de corte do lingote em materiais em conformação e a usinagem de cada material em conformação, de preferência o tratamento térmico (em uma única sequência ou múltiplas sequências) de cada um desses materiais em conformação ocorrerá.[048] From a reading of the above table, moreover, it will have been clear that, between the step of cutting the ingot into forming materials and the machining of each forming material, preferably heat treatment (in a single sequence or multiple sequences) of each such material in conformation will occur.

[049] Como já indicado, um objetivo será, assim, ajudar a concretização dos critérios de mecânica e microestrutura esperados.[049] As already indicated, an objective will thus be to help the achievement of the expected mechanics and microstructure criteria.

[050] Na verdade, recomenda-se a realização de: - um tratamento térmico para que o material do material em conformação tenha uma microestrutura duplex consistindo em grãos gama e grãos lamelares (alpha2/ gamma), - e/ou tratamento térmico para a preparação de HIC (compactação isostática a quente) e o HIC (para fechar as porosidades novamente).[050] In fact, it is recommended to carry out: - a heat treatment so that the material of the conforming material has a duplex microstructure consisting of gamma grains and lamellar grains (alpha2/gamma), - and/or heat treatment for the preparation of HIC (hot isostatic compaction) and HIC (to close the porosities again).

[051] Um objetivo é, portanto, a obtenção de uma microestrutura duplex (composto intermetálico) que consiste em grãos gama e grãos lamelares (alpha2/ gamma), e é em prática aconselhado a proceder da seguinte forma (com valores fornecidos dentro do intervalo de 5%): - uma liga de TiAl com grãos gama, em particular, o acima mencionado saindo a partir da fornalha PAM (1), tipicamente tendo uma composição que contém entre cerca de 47 e 49 por cento de alumínio (em %), passa por tratamento térmico a uma temperatura de aproximadamente 1035 °C a aproximadamente 1150 °C, por um período de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 horas, - em seguida, ele passa por outro tratamento térmico a uma temperatura entre aproximadamente 1000 °C e 1220 °C.[051] One objective is therefore to obtain a duplex microstructure (intermetallic compound) consisting of gamma grains and lamellar grains (alpha2/gamma), and it is in practice advised to proceed as follows (with values given within the range 5%): - a gamma-grained TiAl alloy, in particular the above-mentioned one coming out of the PAM furnace (1), typically having a composition containing between about 47 and 49 percent aluminum (in %) , undergoes heat treatment at a temperature of approximately 1035 °C to approximately 1150 °C, for a period of approximately 5 to approximately 50 hours, - then it undergoes another heat treatment at a temperature between approximately 1000 °C and 1220 °C.

[052] Entre as duas etapas deste tratamento térmico, o material também terá sido capaz de se submeter a compressão isostática a quente (HIC) a uma temperatura de aproximadamente 1200 °C, preferencialmente entre 1185 °C e 1204 °C.[052] Between the two stages of this heat treatment, the material will also have been able to undergo hot isostatic compression (HIC) at a temperature of approximately 1200 °C, preferably between 1185 °C and 1204 °C.

Claims

1. METHOD FOR THE MANUFACTURING OF AT LEAST ONE TURBO MACHINE METAL PART (19a, 19b), characterized by comprising the steps that consist of: (a) maintaining a titanium-aluminum intermetallic alloy cast by a plasma torch (70 ) in a ring mold (13), (b) extracting from the ring mold (13) an ingot (17), as cast, in a cooled molten state, (c) cutting the ingot into at least one shaped material (blank) (21) with an external shape that is simpler than a more complex turbo machine metal part (19a, 19b) to be manufactured, (d) machine the material into conformation (21) in order to get the turbo machine metal part (19a, 19b) with the most complex external shape.

2. METHOD according to claim 1, characterized in that, in step a), before keeping the titanium-aluminum intermetallic alloy cast in the ring mold (13), the titanium-aluminum intermetallic alloy is completely cast and maintained at a homogeneous temperature by means of other multiple plasma torches (7).

3. METHOD according to claim 2, characterized in that, in step a), the titanium-aluminum intermetallic alloy is cast in several receptacles (9) and refinement forges (11a, 11b) above each of which are arranged at least one of the multiple plasma torches (7).

4. METHOD, according to claim 1, characterized in that, in step a), a succession of casting of the titanium-aluminum intermetallic alloy is performed.

5. METHOD according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one shaped material (21) cut from the ingot in step c) has a length (L2) of less than 300 mm.

6. METHOD according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at least one shaped material (21) cut from the ingot in step c) has a length (L2) between 220 mm and 240 mm.

7. METHOD, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that: - in step (c), the cut shaped material, from which the part of step (d) is to be machined, has an external volume or determined mass (A1), - in step (d), the machined part (19a, b) has a determined external volume or mass (A2), and - the A2/A1 ratio is greater than 0.95.

8. METHOD, according to any one of claims 1 to 7, characterized in that, in step (c), all cut conformation materials (21) represent more than 95% of the external volume and/or mass of the extracted ingot ( 17).

9. METHOD, according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the step (b) of obtaining an ingot (17) comprises obtaining a cylindrical or polyhedral ingot.

10. METHOD according to any one of claims 1 to 9, characterized in that, in step (b), the extracted ingot (17) has a diameter less than or equal to 200 mm, or a cross section less than 32 x 103 mm2 .

11. METHOD according to any one of claims 1 to 10, characterized in that, in step b), the ingot (17) extracted has a transverse dimension (d), which is the diameter or width for a square, lower cross section or equal to 120 mm, or, in cross section, less than 12x103 mm2 within the 5% range.

12. METHOD, according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the fusion step (a) comprises the fusion of a 48-2-2 TiAl alloy comprising 48% Al, 2% Cr, 2% of Nb (in %).

13. METHOD, according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it further comprises in step c): c1) performing a heat treatment on the titanium-aluminum intermetallic alloy to obtain a duplex microstructure consisting of gamma grains and lamellar grains (alpha2/gamma), and/or c2) perform a heat treatment on the titanium-aluminum intermetallic alloy for the preparation of hot isostatic compaction followed by such hot isostatic compaction.

14. METHOD according to claim 13, characterized in that steps c1) and c2) are carried out, so that a TiAl alloy with gamma grains having a composition containing between 47 and 49 percent aluminum (in %) go through, in step c2): - heat treatment by heating at a temperature of 1038 °C to 1149 °C, for a period of 5 to 50 hours, - then hot isostatic compression (HIC) at a temperature between 1185 °C and 1204°C.

15. METHOD according to any one of claims 13 to 14, characterized in that step c2) of hot isostatic compression is performed and followed by another heat treatment at a temperature between 1018 °C and 1204 °C.

16. METHOD according to any one of claims 13 to 15, characterized in that step c1) is carried out so that a TiAl alloy with gamma grains having a composition containing between 47 and 49 percent aluminum (in %) undergo: - heat treatment by heating at a temperature of 1038 °C to 1149 °C for a period of 5 to 50 hours, - then another heat treatment at a temperature between 1018 °C and 1204 °C, without hot isostatic compression.

17. ASSEMBLY, characterized in that it comprises: - a shaped material (21) of a turbo machine part (19a, 19b) resulting from a plasma arc fusion and which is made from an intermetallic titanium compound -aluminium, the shaped material having a determined external volume or mass (A1), and - a plurality of machined parts (19a, 19b) which: - result from the machining of a shaped material (21), and - have a determined external volume or mass (A2), the A2/A1 ratio being greater than 0.95 and less than 1.

18. ASSEMBLY according to claim 17, characterized in that the shaped material (21) has a length (L2) less than 300 mm, and, perpendicular to this length, a cross section (S) of less than or equal to 32000 mm2.

19. ASSEMBLY according to any one of claims 17 to 18, characterized in that the length (L2) is between 220 mm and 240 mm.

20. ASSEMBLY, according to any one of claims 17 to 19, characterized in that the cross section (S) of the shaped material (21) is less than 12x103 mm2.

21. ASSEMBLY according to any one of claims 17 to 20, characterized in that the shaped material (21) is polyhedral.